（计算机科学与技术专业论文）基于corba的分布式rti服务器的研究与实现.pdf

a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t et e c h n o l o g y ，e s p e c i a l l yo f n e t w o r kt e c h n o l o g y , t l l e s c a l eo fs i m u l a t i o ns y s t e mh a sb e c o m el a r g e ra n dl a r g e r , w h i c hh a sc a u s e dt h eh i g h e r d e m a n d sw i t hi n t e r o p e r a t i o n ，r e u s a b i l i t ya n de x t e n s i b i l i t y ，s p e c i a l l yw i t hp e r f o r m a n c ea n d e f f i c i e n c yo f as i m u l a t i o ns y s t e m h o w e v e rt h ec o n v e n t i o n a ld i si s n o ta b l et om e e tt h e d e m a n d s h i g hl e v e la r c h i t e c t u r e ( h l a ) ，w h i c hp r o v i d e sag e n e r a lt e c h n i c a li n f r a s t r u c t u r e a n da no p e ns t a n d a r df o rt i l e m o d e l i n ga n dt h ed i s t r i b u t e ds i m u l a t i o n ，r e p r e n s e n t s t h e n e w e s t d e v e l o p m e n td i r e c t i o n o ft h ed i s t r i b u t e ds i m u l a t i o n b u ta san e ws i m u l a t i o n i n f r a s t r u c t u r ep r o t o c o l ，h l ao n l yp r e s c r i b e sa l li n f r a s t r u c t u r ea n dt h et e c h n o l o g yd e m a n d o fd i s t r i b u t e ds i m u l a t i o n ，b u ti td o e sn o tp r e s c r i b et h ei m p l e m e n to fs y s t e m ，e s p e c i a l l yo f d i s t r i b u t e ds i m u l a t i o ns y s t e m w i t ht h es c a l eo fs i m u l a t i o ns y s t e mb e c o m i n gl a r g e ra n d l a r g e rn o w , t h ea r c h t e c t u r eo f c e n t r a l i z e dr t i s e r v e rh a sn o tb e e na b l et om e e tt h ed e m a n d o f l a r g e s c a l e a n d c o m p l e x s i m u l a t i o n s y s t e m i n o r d e rt o s u p p o r t t h e l a r g e s c a l e d i s t r i b u t e ds i m u l a t i o n a p p l i c a t i o n i nt h e m i l i t a r yd o m a i n ，s t u d y i n g t h er e a l i z a t i o n t e c h n o l o g ya n da p p r o a c ho ft h ed i s t r i b u t e d s i m u l a t i o nb e c o m e saf o c u si nd i s t r i b u t e d s i m u l a t i o ns t u d y t h ep r i m a r yw o r ko ft h i st h e s i si st r y i n gt or e s o l v et h ep r o b l e mo fp e r f o r m a n c ea n d e f f i c i e n c yi nl a r g e - s c a l ed i s t r i b u t e ds i m u l a t i o ns y s t e mw i t hc o r b at e c h n o l o g ya c c o r d i n g t ot h ed e m a n di n m i l i t a r ya p p l i c a t i o n f i r s t l y ，a f t e ra n a l y s i n g t h e f e a s i b i l i t y o ft h e c o m b i n a t i o no fc o r b aa n dh l a ，w eg of a r t h e rw i t ht h ei m p l e m e n to fad i s t r i b u t e d r t i s e r v e rb a s e do nc o r b a a n dd e c i d e d e p l o y i n g a r c h t e c t u r eo ft h ed i s t r i b u t e d r t i s e r v e r , s e c o n d l y ，w ed e s i g nak i n do ft w o l a y d a t a f i l t e r i n gs t r u c t u r em o d e l b a s e do n t h es e r v e ra n ds c h e m eo fc o m p o s i t er e g i o na s s e m b l i n gi nt h ed i s t r i b u t e de n v i r o n m e n t ， w h i c hh a sa c c e l e r a t e dt h es p e e do ft h ed y n a m i cr e g i o na s s e m b l i n g ，a n dh a si m p l e m e n t e d t h e f i l t e r i n go fi n f o r m a t i o ni n c o a r s e n e s sa n de x t r a c tw a yt or e d u c et h ei n f o r m a t i o n s f l o w i n ga n dc o m p u t i n gi nt h en e t w o r k ；t h e nw e r e s e a r c ht h em u f f s e w e rd d ma r i t h m e t i c a n dt h ed a t a m a n a g e m e n tt e c h n o l o g yi nd i s t r i b u t e de n v i r o n m e n t ；l a s t l y , w ei m p l e m e n t e t h e d i s t r i b u t e ds u p p o r t i n gs i m u l a t i o ns y s t e mb a s e do nc o r b a ，w h i c hs u p p o r t sac e r t a i ns c a l e o f s i m u l a t i o na p p l i c a t i o n s k e y w o r d s ：h i g hl e v e la r c h i t e c t u r e ，r u n - t i m ei n f r a s t r u c t u r e ，c o r b a ，d i s t r i b u t e d a r c h t e e t u r e ，p r o x yt e c h n o l o g y , d a t af i l t e r i n g ，r e g i o nm a t c h i n g 第1 i 页 垦堕墼兰塾垄查耋堑窒尘堕：兰堡丝塞 第一章绪论 随着科学技术的飞速发展。人类社会已进入信息时代，作为信息技术核心的计算 机，已广泛应用于国民经济和社会生活的各个领域中，成为不可替代的工具a 计算机 技术的广泛应用极大地拓宽了人类的生活空间，提高了人们认识和改造自然的手段。 而作为重要研究手段的计算机仿真技术由于其有效性、经济性、安全性等特点而得到 广泛的应用，已成为各个应用领域中不可缺少的研究手段。受应用需求的推动及相关 技术的牵引，计算机仿真技术朝着分布仿真方向发展，目前新一代仿真技术框架h l a ( h i 叠h l e v e l a r c h i t e c t u r e ) 代表着当今分布仿真最新发展动态。 1 1立题背景及问题提出 面临新世纪的挑战，2 0 0 1 年世界计算机仿真大会的主题就是：“用仿真来构造未 来”，并明确提出基于作战模拟的大规模、复杂系统仿真是未来十年计算机仿真研究的 重点。未来计算机仿真将朝着超大规模、模糊化、智能化方向发展。随着现代信息科 学技术的发展，特别是计算机软硬件技术的发展和网络技术水平的提高，使得大规模 复杂系统的仿真成为可能。目前仿真技术的研究正逐步从集中式向分布式发展。分布 式仿真试图使同构或异构的仿真器在一个时间和空间相一致的环境中实现互操作，完 成特定的仿真任务。分布式仿真在计算机网络技术的基础上融合了许多新技术，它支 持地理分布的仿真平台之间的互操作，从而能满足仿真灵活性的要求，同时也为复杂 系统的仿真提供了可能。该技术由于具有有效性、可重复性、经济性和安全性等优点 而倍受各国军事部门的高度重视。 分布仿真应用的特点为：仿真任务分布于多台计算机；系统异构，用多种类型的 计算机进行联合仿真：对可重用性和互操作性要求高；要求带有丰富的交互信息。 为了更好地满足这样的应用特点底层的分布仿真标准经历了d i s 、a l s p 和h l a 的发展过程。 夺分布式交互仿真d i s ( d i s t r i b u t e di n t e r a c t i o ns i m u l a t i o n ) d i s 是一个网络协议标准，它的基本思想是通过建立一致的标准通信接口来规范 异构的仿真系统问的信息交换，通过计算机网络将位于不同地理位置上的仿真系统连 接起来，构成一个异构的综合仿真环境。满足武器系统性能评估、战术原则的开发和 演练、人员训练以及空中交通管制等的需要。d i s 的重要特点是具有自愈合的特性， 仿真的参与者在系统执行期间加入和退出，将不会干扰其它的参与者，而且数据包的 丢失不会导致系统的故障。在这样的结构中，由于没有中心控制计算机和服务器，因 而也不存在单一的故障点。对物理层网络媒体也未作规定，这取决于具体系统对网络 带宽的要求。仿真应用系统通过协议数据单元p d u 传送实体状态和其它信息。这些协 议数据单元由数据包组成，在仿真网络上用广播的方式发送。 在d i s 规范中，它是通过规范异构的仿真结点间进行信息交换的格式和内容，以 第1 页 垦堕墼兰塾垄查耋堑窒尘堕：兰堡丝塞 第一章绪论 随着科学技术的飞速发展。人类社会已进入信息时代，作为信息技术核心的计算 机，已广泛应用于国民经济和社会生活的各个领域中，成为不可替代的工具a 计算机 技术的广泛应用极大地拓宽了人类的生活空间，提高了人们认识和改造自然的手段。 而作为重要研究手段的计算机仿真技术由于其有效性、经济性、安全性等特点而得到 广泛的应用，已成为各个应用领域中不可缺少的研究手段。受应用需求的推动及相关 技术的牵引，计算机仿真技术朝着分布仿真方向发展，目前新一代仿真技术框架h l a ( h i 叠h l e v e l a r c h i t e c t u r e ) 代表着当今分布仿真最新发展动态。 1 1立题背景及问题提出 面临新世纪的挑战，2 0 0 1 年世界计算机仿真大会的主题就是：“用仿真来构造未 来”，并明确提出基于作战模拟的大规模、复杂系统仿真是未来十年计算机仿真研究的 重点。未来计算机仿真将朝着超大规模、模糊化、智能化方向发展。随着现代信息科 学技术的发展，特别是计算机软硬件技术的发展和网络技术水平的提高，使得大规模 复杂系统的仿真成为可能。目前仿真技术的研究正逐步从集中式向分布式发展。分布 式仿真试图使同构或异构的仿真器在一个时间和空间相一致的环境中实现互操作，完 成特定的仿真任务。分布式仿真在计算机网络技术的基础上融合了许多新技术，它支 持地理分布的仿真平台之间的互操作，从而能满足仿真灵活性的要求，同时也为复杂 系统的仿真提供了可能。该技术由于具有有效性、可重复性、经济性和安全性等优点 而倍受各国军事部门的高度重视。 分布仿真应用的特点为：仿真任务分布于多台计算机；系统异构，用多种类型的 计算机进行联合仿真：对可重用性和互操作性要求高；要求带有丰富的交互信息。 为了更好地满足这样的应用特点底层的分布仿真标准经历了d i s 、a l s p 和h l a 的发展过程。 夺分布式交互仿真d i s ( d i s t r i b u t e di n t e r a c t i o ns i m u l a t i o n ) d i s 是一个网络协议标准，它的基本思想是通过建立一致的标准通信接口来规范 异构的仿真系统问的信息交换，通过计算机网络将位于不同地理位置上的仿真系统连 接起来，构成一个异构的综合仿真环境。满足武器系统性能评估、战术原则的开发和 演练、人员训练以及空中交通管制等的需要。d i s 的重要特点是具有自愈合的特性， 仿真的参与者在系统执行期间加入和退出，将不会干扰其它的参与者，而且数据包的 丢失不会导致系统的故障。在这样的结构中，由于没有中心控制计算机和服务器，因 而也不存在单一的故障点。对物理层网络媒体也未作规定，这取决于具体系统对网络 带宽的要求。仿真应用系统通过协议数据单元p d u 传送实体状态和其它信息。这些协 议数据单元由数据包组成，在仿真网络上用广播的方式发送。 在d i s 规范中，它是通过规范异构的仿真结点间进行信息交换的格式和内容，以 第1 页 里堕塾兰些垄盔兰丝塞尘堕耋堡篁塞 及通信规则，来实现分布的仿真系统间的互操作，构成一个综合环境。建立在数据交 换标准之上的体系结构是一种低层次的随意的体系结构，这种体系结构对处理具有复 杂逻辑层次关系的系统是不完备的，各自治的仿真结点之间是对等的关系，每个仿真 结点不仅要完成自身的仿真功能，还要完成信息的发送、接收、理解等处理，而不同 的仿真结点间的逻辑和功能的层次关系，只能通过在p d u 中增加某些信息来实现，使 具有逻辑层次关系的仿真结点之间能够相互理解p d u 中包含的信息，以协调任务的执 行，所以，在这种情况下，对于实体间的逻辑关系的确定，则由接收结点来完成，即 接收结点在收到数据后，需判断是否与自身需要有关，然后才能进行相应的处理。这 种方式不但增加了许多不必要的网络传输量，而且增加了仿真结点的负担，不能很好 的解决地理分布、计算分布与系统内部逻辑层次表示之间的综合与协调，使得参与d i s 的各仿真结点不得不处理这些问题，从而增加了各结点仿真系统设计和实现的复杂性。 随着仿真系统需求和技术的发展，人们逐渐认识到d i s 标准的不足之处：d i s 标 准中虽然提供了2 7 种不同类型的p d u ，并规定了每种p d u 中包含的实体类型和参数 类型，并且对p d u 中数据结构的位编码格式作了规定，这样可以保证各仿真结点间数 据的交换和理解，但是，不同的系统或一个系统中不同的仿真结点对仿真实体对象数 据发送频率要求或感兴趣的范围是不一样的，而d i s 对于实体对象的数据表示采取固 定的表示法，只要描述实体对象的某个属性的状态值超过了预定的阀值，整个p d u 包就得发送出去，这就造成大量冗余数据在网络上传输，造成对网络带宽的浪费，这 意味着，目前的d i s 还不能做到在仿真结点问只传递变化的信息。由此可见，d i s 由 于采用了消息广播机制及固定的p d u 单元使得系统的可伸缩性和协同性不好。另外由 于d i s 缺乏可靠的对象间通讯和适当的时间管理服务，故只能被动地将分布的仿真器 互连，不能很好的实现不同类型仿真( 如构造仿真、虚拟仿真和半实物仿真) 的混合 使用，从而不能满足未来大规模仿真的需求。这些都影响了仿真应用向深度和广度发 展。 图1 1 分布交互仿真系统结构 夺聚合级仿真协议a l s p 在九十年代初期，d a r p a 资助m i t r e 研究设计一种用于大规模的、聚合级对抗 仿真的通用仿真协议a l s p ( a g g r e g a t i o n l e v e ls i m u l a t i o np r o t o c 0 1 ) 。 第2 页 垦堕塾耋垫查奎兰堑塞尘堕兰垒鎏耋 a l s p 的设计原则是无中心结点( 即每个仿真实体控制自己的局部资源，自主的 采取行动) 、动态配置( 即仿真实体可以自由加入和退出仿真) 、地理分布、基于消息 的协议、时间管理、数据管理和属性所有权。与d i s 中的实时仿真器不同，使用a l s p 互操作是明确进行时间管理的离散事件仿真。a l s p 提供时间管理服务协调仿真时间， 并保持仿真中事件的因果关系。 随着仿真应用的不断发展，a l s p 也遇到了一些新挑战： 仿真时间管理：通常情况下，仿真时间是与物理时间无关的。只有保证所有参 与仿真的实体在仿真时间上的一致性，才能保证仿真结果的正确性。 数据管理：参与a l s p 系统的各种仿真可能在内部的数据表示上有很大的不同。 为了将它们集成到同一个系统中，a l s p 需要定义一种通用的表示及相应的转 换和控制机制。 体系结构的无关性：现有不同仿真的体系结构，在实现语言，用户接口，时间 流控制可能都不同，a l s p 应兼容现有不同仿真体系结构。 a l s p 协议是在各军兵种联合作战演习的需求上提出的，其目的是解决各军兵种 开发的仿真应用之间的集成。a l s p 类型仿真系统中基本仿真对象一般为较大的军事 单元，用以进行合成战场环境下的战役战术演练，验证新型作战概念以及训练指挥员， 其应用领域局限在军事领域内部，不适合不同类型，不同需要的仿真要求。 夺高层体系结构h l a ( h i g h l e v e l a r c h i t e c t u r e ) 计算机仿真在国防领域有广泛的需求，几十年来美国国防部开发了许多仿真应用， 但这些应用绝大多数是针对某一领域的需求而建立的，它们之间是不能互操作的，各 应用及其构成部件也不能在新的应用开发中重用。随着被仿真系统的目益复杂，完全 从头开发一个大型仿真系统的工作效率越来越低，模型与仿真结果的可靠性与准确性 也更难以得到保证。采用面向对象的思想。通过软构件的方式，将已有的各种仿真应 用组建成一个大型仿真系统，是克服复杂大系统仿真面临困难的有效途径，这时重用 与互操作就显得更加重要。d i s 和a l s p 虽然扩展了仿真应用的应用范围，但还不能 将各种仿真应用集成到一个综合的环境中。 国防领域的现代化、信息化、高科技化趋势，要求将基于d i s 协议标准的平台级 实时连续系统仿真器、基于a l s p 标准的聚集级作战仿真系统、电子战仿真系统以及 实际的c 4 i 系统等各类仿真系统集成到一个分布交互的综合环境中，构成一个庞大的 虚拟电子合成环境。在其中可以进行大规模的战术、战略仿真演练：可提供多武器系 统的体系攻防对抗仿真和武器性能评估仿真：还可以进行不同粒度，不同聚集度的对 抗仿真和人员训练仿真。为了实现这样一种综合集成，需要建立一个新的体系结构， 以促进仿真的互操作性、可重用性、可伸缩性、实时性和协同性。同时另一面，仿真 领域专业技术( 如建模与验模技术) 以及计算机有关技术( 如计算机网络技术、软件 工程、人机接口等技术) 的日益成熟，为分布仿真的发展提供了必要的技术支持。在 此背景下美国国防部于1 9 9 6 年9 月正式颁布了高层体系结构h l a ( h i g hl e v e l a r c h i t e c t u r e ) 。相对于d i s 标准，h l a 将仿真应用与底层的通信和基本功能相分离， 交由r t i 提供的服务来实现，解决了灵活性，可扩充性，减少了网络冗余数据等问题， 第3 页 垦堕塾茎丝垄奎堂堡垒尘堕兰堡篁塞 适合于大规模仿真的需要。h l a 由三部分组成：一组规则集( r u l e s ) ，规定了盟员及联 盟所应遵守的规则；接口规范( i n t e r f a c es p e c i f i c a t i o n - i f ) ，定义了各个盟员与r t i 的 接口方式；对象模型模板( o b j e c t m o d e l t e m p l a t e s - - o m t ) ，提供了对仿真中的对 象、对象属性和对象间信息交互的格式和内容进行定义的标准化描述。h l a 定义了一 个技术框架，它是一个灵活的、可伸缩的、可重用的软件体系结构，基于它可创建基 于组件的分布式仿真，构成系统的各类模块或各类仿真系统均可直接接入该框架，并 能够实现相互间的互操作及仿真部件的可熏用。每个描述一定功能的子模块或仿真过 程都被称为是h l a 的一个盟员( f e d e r a t e ) ，每个盟员包含若干个对象，组成特定应用 系统或仿真任务的全部盟员的集合称为联盟( f e d e r a t i o n ) 。h l a 协议的具体实现为 r t i ( r u n t i m ei n f r a s t r u c t u r e ) ，每个盟员通过逻辑通路与r t i 相连，整个系统的交互通 信由r t i 进行协调和管理，盟员间并无直接联系。在h l a 中，盟员只将对象属性的变 化传输给r t i ，再由r t i 将这些变化传输到需要它们的盟员：h l a 允许每一个盟员利用 o m t 确定自身产生何种信息，接收何种数据，以保证所有盟员对将要交换的数据达成 一致，这样就打破了p d u 的限制，使不同类型的仿真有通讯的可能，更好地解决了分 布式仿真中的互操作、重用和伸缩性问题。 h l a 中r t i 的以下一些特性也克服了过去分布仿真方法的许多缺点： 内容无关性：在过去的协议中( 如d i s ) ，通讯标准和内容是不可分的。这就 将该通讯标准的通用应用程序限制到直接被内容定义所支持的那些仿真。而 r t i 是内容无关的，支持在一个联盟基础上的不同的内容规范。 通用的时间管理服务：以前的仿真标准对各种时间管理策略的支持是互斥的， 而r t i 却可同时支持多种时间管理机制。 灵活的规模可扩展性：r t l 支持数据分发管理，从而可支持大规模、多军种、 多层次的仿真，而以前的体系结构由于广播方式而只能支持小规模的仿真。 结合上述讨论，我们比较了各仿真技术的特点，如表1 1 所示 、仿真技术 d i s a l s ph l a 比较项目 适用范围实时的平台级的各军种开发的仿真应用之间的各种类型的仿 仿真类型互连互连真应用的互连 标准形式标准p d u 、通信a l s p 协议对象模型模板、 协议规则、接口规范 仿真级别实体级聚合级实体级、聚合级 的联合仿真 时间推进方式物理时钟推进逻辑时钟推进混合时钟推进 通信方式广播式广播式组插 数据过滤形式由仿真应用来完由专用模块来完成由运行支撑系 成统r t i 来完成 网络接口网络接口按 在a i s ( a l s pi n f r a s t r u c t u r e 由r t i 提供网络 i e e e l 2 7 8 2 s o f t w a r e ) 提供网络接口 接口 表ld i s 、a l s p 和h l a 三种仿真技术的对比 第4 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 由表中的分析可以看出，h l a 具有更强的功能和更好的适应性，它能支持各种类 型仿真混合应用，是一种全新的仿真标准，它弥补了以前仿真标准的缺陷，代表着当 今分布仿真的最新动态，更适用于大规模的分布式仿真。建造在h l a 基础上的仿真 应用，具有更强的可重用性和互操作性，因而具有旺盛的生命力。随着仿真应用在广 度及深度上的发展，基于广域网的分布交互仿真是未来的发展趋势。如何将各部门不 同类型的仿真应用连接成一个分布的综合系统，完成系统的集成，并解决大规模仿真 中仿真应用之间的互操作、部件的重用，特别是仿真的效率问题变得十分重要，基于 h l a 分布式仿真基础支撑平台能很好地解决上述问题，满足仿真应用发展的需要。但 集中式r t i 服务器在大规模仿真中容易成为系统的瓶颈，影响仿真的效率，因此必须 进行分布式r t i 服务器的研究，来满足大规模仿真的需要。 1 2 1 课题来源 1 2课题来源及主要研究内容 本课题来源于8 6 3 高技术计划项目“基于c o r b a 的h l a 运行支撑环境”及“面 向战场综合演练场的分布式仿真基础支撑平台”。在这两个项目的支持下，我们课题组 开展了对分布式仿真技术及h l a 标准规范的研究工作，实现了基于c o r b a 的分布式 h l a r t i 仿真运行支撑平台系统y h m r t i 。 1 2 2 研究目标和技术路线 本课题的研究目标和技术路线是：基于具有自主版权的、遵循c o r b a 2 _ 3 标准的 分布计算软件平台s t a r b u s ，面向i n t e m e t i n t r a n e t e x t r a n e t 分布仿真应用，完全符合h l a 接口规范r t i n g l 3 版要求，支持p l u g a n d p l a y 的体系结构，研究保证支持大范围、 多军种、多层次的分布仿真管理技术，提供高效数据分发管理服务和灵活的管理功能， 实现满足大规模、多军种、多层次分布仿真的基础支撑平台系统。 该系统的结构如图1 2 所示： 第5 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 由表中的分析可以看出，h l a 具有更强的功能和更好的适应性，它能支持各种类 型仿真混合应用，是一种全新的仿真标准，它弥补了以前仿真标准的缺陷，代表着当 今分布仿真的最新动态，更适用于大规模的分布式仿真。建造在h l a 基础上的仿真 应用，具有更强的可重用性和互操作性，因而具有旺盛的生命力。随着仿真应用在广 度及深度上的发展，基于广域网的分布交互仿真是未来的发展趋势。如何将各部门不 同类型的仿真应用连接成一个分布的综合系统，完成系统的集成，并解决大规模仿真 中仿真应用之间的互操作、部件的重用，特别是仿真的效率问题变得十分重要，基于 h l a 分布式仿真基础支撑平台能很好地解决上述问题，满足仿真应用发展的需要。但 集中式r t i 服务器在大规模仿真中容易成为系统的瓶颈，影响仿真的效率，因此必须 进行分布式r t i 服务器的研究，来满足大规模仿真的需要。 1 2 1 课题来源 1 2课题来源及主要研究内容 本课题来源于8 6 3 高技术计划项目“基于c o r b a 的h l a 运行支撑环境”及“面 向战场综合演练场的分布式仿真基础支撑平台”。在这两个项目的支持下，我们课题组 开展了对分布式仿真技术及h l a 标准规范的研究工作，实现了基于c o r b a 的分布式 h l a r t i 仿真运行支撑平台系统y h m r t i 。 1 2 2 研究目标和技术路线 本课题的研究目标和技术路线是：基于具有自主版权的、遵循c o r b a 2 _ 3 标准的 分布计算软件平台s t a r b u s ，面向i n t e m e t i n t r a n e t e x t r a n e t 分布仿真应用，完全符合h l a 接口规范r t i n g l 3 版要求，支持p l u g a n d p l a y 的体系结构，研究保证支持大范围、 多军种、多层次的分布仿真管理技术，提供高效数据分发管理服务和灵活的管理功能， 实现满足大规模、多军种、多层次分布仿真的基础支撑平台系统。 该系统的结构如图1 2 所示： 第5 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 由表中的分析可以看出，h l a 具有更强的功能和更好的适应性，它能支持各种类 型仿真混合应用，是一种全新的仿真标准，它弥补了以前仿真标准的缺陷，代表着当 今分布仿真的最新动态，更适用于大规模的分布式仿真。建造在h l a 基础上的仿真 应用，具有更强的可重用性和互操作性，因而具有旺盛的生命力。随着仿真应用在广 度及深度上的发展，基于广域网的分布交互仿真是未来的发展趋势。如何将各部门不 同类型的仿真应用连接成一个分布的综合系统，完成系统的集成，并解决大规模仿真 中仿真应用之间的互操作、部件的重用，特别是仿真的效率问题变得十分重要，基于 h l a 分布式仿真基础支撑平台能很好地解决上述问题，满足仿真应用发展的需要。但 集中式r t i 服务器在大规模仿真中容易成为系统的瓶颈，影响仿真的效率，因此必须 进行分布式r t i 服务器的研究，来满足大规模仿真的需要。 1 2 1 课题来源 1 2课题来源及主要研究内容 本课题来源于8 6 3 高技术计划项目“基于c o r b a 的h l a 运行支撑环境”及“面 向战场综合演练场的分布式仿真基础支撑平台”。在这两个项目的支持下，我们课题组 开展了对分布式仿真技术及h l a 标准规范的研究工作，实现了基于c o r b a 的分布式 h l a r t i 仿真运行支撑平台系统y h m r t i 。 1 2 2 研究目标和技术路线 本课题的研究目标和技术路线是：基于具有自主版权的、遵循c o r b a 2 _ 3 标准的 分布计算软件平台s t a r b u s ，面向i n t e m e t i n t r a n e t e x t r a n e t 分布仿真应用，完全符合h l a 接口规范r t i n g l 3 版要求，支持p l u g a n d p l a y 的体系结构，研究保证支持大范围、 多军种、多层次的分布仿真管理技术，提供高效数据分发管理服务和灵活的管理功能， 实现满足大规模、多军种、多层次分布仿真的基础支撑平台系统。 该系统的结构如图1 2 所示： 第5 页 垦堕坠兰丝查奎耋堡垒耋堕耋堡篁塞 图1 2 基于c o r b a 的y h m r t i 系统结构 在这个系统中，有一组可配置的服务，主要包括： l 、支持组播通信的m u t i c a s tg r o u p 服务； 2 、支持对象创建和引用的l i f ec y c l e 服务； 3 、保证分布对象处理应用安全性的s e c u r i t y 服务： 4 、 支持分布式对象透明定位的o b j e c tl o c m i o n 服务。 我的课题主要就是借助分布计算中间件标准c o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u e s t b r o k e r a r c h i t e c t u r e ) ，来研究分布仿真h l a r t i 的多服务器的部署结构及实现问题。 1 2 3 课题研究的意义及主要研究工作 在目前仿真应用需求的驱动下，仿真系统要将不同部门，不同阶段开发的仿真应 用集成在一个综合的仿真环境中，要求分布仿真系统能支持大规模，具有互操作性、 可重用性和高效性，同时，能够处理多仿真应用的并发请求，提高仿真的效率。由于 h l a 规定，盟员之间不能直接通信，盟员之间的所有通信都必须经过r t i ，因此，单 个r t i 服务器在大规模仿真中容易成为影响仿真系统效率的瓶颈，不利于仿真规模的 扩充，因此，我们考虑采用分布的多个r t i 服务器来平衡负载提高分布仿真的效率和 逼真性。但是，多r t i 服务器环境给分布仿真系统管理带来新的挑战，即如何配置部 署多r t i 服务器，如何实现r t i 服务器间的有效通信，保证分布环境下数据的一致性 和仿真的高效性。 设计并实现多r t i 服务器的分布仿真系统意义在于可以很好地解决大规模仿真系 统的互操作以及仿真软件的可重用等问题，大幅度提高我军仿真训练系统的开发效率， 节省开发经费，并使得战争综合演练场实现一体化的数据交换，一体化的数据编码、 识别和格式处理。从而真正做到战训统一，变过场式演习训练为近实战演习训练，因 此对于提高我军战争研究和人员训练水平，提高部队战斗力将起到极大的促进和支撑 第6 页 垦堕坠兰丝查奎耋堡垒耋堕耋堡篁塞 图1 2 基于c o r b a 的y h m r t i 系统结构 在这个系统中，有一组可配置的服务，主要包括： l 、支持组播通信的m u t i c a s tg r o u p 服务； 2 、支持对象创建和引用的l i f ec y c l e 服务； 3 、保证分布对象处理应用安全性的s e c u r i t y 服务： 4 、 支持分布式对象透明定位的o b j e c tl o c m i o n 服务。 我的课题主要就是借助分布计算中间件标准c o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u e s t b r o k e r a r c h i t e c t u r e ) ，来研究分布仿真h l a r t i 的多服务器的部署结构及实现问题。 1 2 3 课题研究的意义及主要研究工作 在目前仿真应用需求的驱动下，仿真系统要将不同部门，不同阶段开发的仿真应 用集成在一个综合的仿真环境中，要求分布仿真系统能支持大规模，具有互操作性、 可重用性和高效性，同时，能够处理多仿真应用的并发请求，提高仿真的效率。由于 h l a 规定，盟员之间不能直接通信，盟员之间的所有通信都必须经过r t i ，因此，单 个r t i 服务器在大规模仿真中容易成为影响仿真系统效率的瓶颈，不利于仿真规模的 扩充，因此，我们考虑采用分布的多个r t i 服务器来平衡负载提高分布仿真的效率和 逼真性。但是，多r t i 服务器环境给分布仿真系统管理带来新的挑战，即如何配置部 署多r t i 服务器，如何实现r t i 服务器间的有效通信，保证分布环境下数据的一致性 和仿真的高效性。 设计并实现多r t i 服务器的分布仿真系统意义在于可以很好地解决大规模仿真系 统的互操作以及仿真软件的可重用等问题，大幅度提高我军仿真训练系统的开发效率， 节省开发经费，并使得战争综合演练场实现一体化的数据交换，一体化的数据编码、 识别和格式处理。从而真正做到战训统一，变过场式演习训练为近实战演习训练，因 此对于提高我军战争研究和人员训练水平，提高部队战斗力将起到极大的促进和支撑 第6 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 作用。对于绯 ) 国家安令，_ l j l l 速囤防现代化建敬，jl f5 辩常。吼氍的作用。 h l a 协议提l 后f l 上界各图都在 极j i ：发h l a r t i 产，荚圆丁业界已推出了多 个商业的r t i 软件，如v r l i n k 、p r t i 等。天n l 避防部建模与仿真办公室d m s o 于1 9 9 9 年1 2 月推了第一个经过全1 f i i 测试的r t i 版本r t i n g1 3 v 2 ，之后陆续推 了r t i n g1 3 v 3 1 、r t i n g1 3 v 3 2 、r t i n g1 3 v 4 ，今年筇辱度又报了遵循i e e e 1 5 1 6 标准的b e t a 版r t i n g1 3 v 5 ，f ：计划于今f f 第：季度推出经过测试的符合1 5 1 6 标准的r t i1 5 1 6n g v l 。英囡m o d ( m i n i s t e ro f d e f e n s e ) 也埘h l a 标准进行深入的研 究，已经丌发了个分砷j 式的j 占于c o r b a 的u k r t i ( 支持r t i 标准1 3 ) 。| | 本、澳 大利哑等同也往对h l a r t i 进行了研究， ：i ：毁了1 7 l 止的r t i 原型系统。 我囡i l i 十研究起步比较晚，用防科技人。j 、北_ ( j ；| j t 空舭人人学等t 丫i 位都在作这方 面的研究，但目河还没有做分以i 式的r t i 原，弘系统年l i i _ i i , l k 软件。 本文的上要研究工作有以下儿办而： 1 分析了分确j 仿葵的发展状况，以及d i s 和a l s p 分确j 仿其标准存在的缺陷和爿：足。 刈分砷j 刈缘技术与分嘶j 仿真技术的结合进行分析沦诅：，进而埘分抽j 式r t i s e r v e r 基于c o r b a 的实现进行了深入的研究，姓 n 了一种分币j 集f 1 的r t i s e r v e r 部署 结构： 2 基于该结构，设计了支持多r t i s e r v e r 实现管理服务的数掘结构： 3 针对分前i 式的多r t i s e r v e r 实现q i 的火键技术6 u 题，深入研究了数槲分发管理实 现中存在的1 、u 】题提出了一套完姓的技术解决途径。数据分发管理是r t i s e r v e r 最重要的功能之一，它根据仿真j 壮贝之川的供求灭系完成仿真、i 台之洲数据的转 发，并实现数捌的过滤功能，数钳分发骱邢的爻脱对j ：分钿环境下仿真系统的效 率有很大的影l 们，为支持大枷模仿真的前篮我们进行以f 三方面的研究： 提出了广域网环境下，基于s e r v e rn q 两j ：数槲过滤结构模犁。数据分发管理 根据咀员对数葫i ：供求火系n 勺批述，通过过滤信息的匹毗实现数据的过滤机制， 火规模仿真畔l 。艾体的数日比较多，频繁的域匹配将会严重的影响仿真的效 率。针刈口婀研究的矸i 足，我们捉了墟二fs e r v e r 方的两层数掘过滤机制， 有效地减少了网络上的数拼流屉，挺t 了仿真的效率； 基于两层过滤结构，提了一利一动、静牛结合的混合式区域聚集方案。大烈模 仿真小实体们数r 比较多，频繁晌区域匹配将会严j f ；= 的影l j i 0 仿真的效率。因此 需要对相似区域信息进 j 合j f ：而征仍r 过张r i i ，这些信息足动念变化的，仪 用静念方法实现是升i 现实的，我们在课题的f i j f 究r i ，捉小一利t 动、静艄结合的混 合式区域聚集方案，加快了动态区域的聚集合j i ：提商了数据过滤的效率： 提出了一个培 ：启发信息的快速区域匹配算法。祚数 l l ：分发管理中，区域用于 批述数据过滤的约束条件，区域匹配址数抛分欲管耻的前提。区域匹配计笄= 的 复杂性自接影l 咖过滤的丌销，现彳r 的匹肥卯浊铂；复杂度和匹配 i 度方面存在矛 盾，该算法在不降低匹配丰l i f 皮的1 1 i 挺f ，7 r 放地降低匹配计算的复杂度。 4 在对基于h l a 的分布仿真技术和c o r b a 规范研究的基础上，本课题对分布式 r t i s e r v e r 的1 1 3 ；：f ! l 服务模块进行牡于c o r b a 平台的实现。 第7 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 1 3论文的结构 本文共分六章，各章的内容概述如下： 第一章为绪论，介绍了本课题的研究背景，阐明了现有的分布仿真技术所面临的 问题，以及本课题的研究内容、目标及遵循的技术路线，并论述了本课题研究的意义。 第二章主要分析h l a 的发展状况，对基于h l a 的分布仿真技术和c o r b a 标准 进行分析研究，并分析了基于c o r b a 实现分布式r t i 的理论可行性。 第三章通过对现有r t i 服务器部署结构优缺点的分析，为满足大规模复杂系统仿 真的需要，提出了一个分布集中的r t i s e r v e r 部署结构方案。 第四章根据r t i 服务器的部署结构，研究r t i 各管理服务之间的关系，设计定义 一套为实现r t i 的管理服务的数据结构，作为实现的基础。 第五章具体介绍各管理模块的实现机制和策略及实现的服务。提出了h l a r t i 框 架下基于服务方的两层过滤机制结构模型及基于启发信息的区域匹配算法，减轻过滤 机制对仿真的影响，实现过滤效率和代价的平衡。 第六章对全文工作进行总结，并概述下一步的研究方向。 垦堕型耋垫垄奎耋墼蜜耋墼兰堡篁塞 第二章h l a 与c o r b a 模型 2 1h l a 模型 2 1 1h l a 标准的发展状况 h l a 是美国国防部建模与仿真办公室提出的分布仿真管理体系，是一部新型的仿 真结构标准。h l a r t i 的标准化进程非常迅速，9 8 年2 月正式发布了h l a r t l l 3 版 标准，9 8 年1 1 月h l a 就被对象管理组织o m g ( o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p ) 吸纳成 为o m g 工业标准，9 8 年1 2 月北大西洋公